【摘要】：非均勻泥沙的運(yùn)動(dòng)規(guī)律比較復(fù)雜，特別是粗細(xì)顆間的相互作用對(duì)推移質(zhì)輸移的影響，目前的研究還不充分；這嚴(yán)重制約了泥沙學(xué)科的發(fā)展，也難以滿足河流工程設(shè)計(jì)與河流規(guī)劃、管理的需求；因此開展非均勻泥沙輸移機(jī)理研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 為研究顆粒非均勻度對(duì)推移質(zhì)泥沙輸移過程的影響，，設(shè)計(jì)、制作了專用量測(cè)儀器（推移質(zhì)動(dòng)態(tài)采集量測(cè)系統(tǒng)和推移質(zhì)揀選度動(dòng)態(tài)量測(cè)系統(tǒng)）；篩選出滿足量測(cè)精度要求的推移質(zhì)選測(cè)頻率，提出了基于圖像識(shí)別技術(shù)的粒子分布密度、非均勻沙揀選度與推移質(zhì)輸沙率的確定方法。進(jìn)行了不同粗細(xì)配比的非均勻沙水槽系列試驗(yàn)（8Groups，25Cases），實(shí)現(xiàn)了基于過程的水流紊動(dòng)、顆粒交換與推移質(zhì)輸移量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 系列試驗(yàn)研究表明，在床面補(bǔ)給不充分的條件下，推移質(zhì)輸移強(qiáng)度一般遵循初期發(fā)展、中期逐漸穩(wěn)定，后期慢慢衰減的模式；累積輸移量與水流強(qiáng)度和床沙粗細(xì)比有關(guān)，推移質(zhì)輸移率的時(shí)變特征則大致呈現(xiàn)三次函數(shù)曲線的形態(tài)。為綜合反映床面粗糙度、粘性底層特性與顆粒非均勻性對(duì)近壁區(qū)流場(chǎng)的影響，引入了綜合水流強(qiáng)度函數(shù)Ψb，特征傅氏數(shù)Frb，非均勻沙特征數(shù)β和無(wú)量綱推移質(zhì)泥沙輸移強(qiáng)度函數(shù)Φ。利用量綱分析與試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合研究，建立了非均勻推移質(zhì)輸移強(qiáng)度與綜合水流強(qiáng)度的復(fù)合函數(shù)關(guān)系，給出了復(fù)合關(guān)系中反映泥沙非均勻度參量的相應(yīng)計(jì)算方法。 對(duì)試驗(yàn)水槽床面附近水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)與推移質(zhì)輸移率的波動(dòng)性分析表明，非均勻推移質(zhì)輸移率的波動(dòng)性與粗顆粒運(yùn)動(dòng)的陣發(fā)性有關(guān)。提出了床面粗顆粒運(yùn)動(dòng)的2種模式：紊流猝發(fā)引起的促發(fā)模式與細(xì)顆粒碰撞引起的觸發(fā)模式；水流流速脈動(dòng)的擬序特征與推移質(zhì)輸移的陣發(fā)特征存在關(guān)聯(lián)性。 顆粒非均勻度對(duì)推移質(zhì)輸移的影響體現(xiàn)在細(xì)顆粒存在對(duì)床面水流結(jié)構(gòu)與對(duì)粗顆粒的碰撞影響方面。通常當(dāng)床面水流流速脈動(dòng)峰值大于2.5σ時(shí)，粗沙便成規(guī)模輸移；而瞬時(shí)脈動(dòng)強(qiáng)度低于1.5σ時(shí)，便多為細(xì)沙輸移，粗沙幾乎不參與運(yùn)動(dòng)。床沙中適當(dāng)比例的細(xì)沙會(huì)提高推移質(zhì)中粗沙的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度及相應(yīng)推移質(zhì)輸移量。在給定水流強(qiáng)度條件下，增加細(xì)沙權(quán)重，非均勻推移質(zhì)輸移強(qiáng)度呈現(xiàn)駝峰型變化；當(dāng)顆粒粗細(xì)比為3：7時(shí)，非均勻推移質(zhì)輸沙率達(dá)到最大；這意味著在沖積性河流的水沙調(diào)控中，控制適宜的顆粒非均勻度（粗細(xì)比），能實(shí)現(xiàn)較高的推移質(zhì)輸沙效率。
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TV142.2

【共引文獻(xiàn)】

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